(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、
マトリクス状に配列された複数の画素に対して、左眼用画像に対応する第１画像データと右眼用画像に対応する第２画像データとが、時間的に隣接する第１期間と第２期間とで交互に線順次に書き込まれ、書き込まれた前記第１画像データまたは前記第２画像データに基づいて前記光源からの光を変調する光変調素子と、
入射された光の偏光状態を、第１偏光状態と第２偏光状態とに時間的に切り替える複数の線状の切替領域を有し、前記複数の切替領域にわたって前記第１偏光状態と前記第２偏光状態とを線順次に切り替える偏光切替素子と、
前記光変調素子によって変調された光を前記偏光切替素子に伝達し、前記偏光切替素子において略結像させて中間像を形成する光伝達光学系と、
前記偏光切替素子に形成された前記中間像を投写する投写光学系と、
前記偏光切替素子を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、前記光変調素子上の前記第１画像データが書き込まれた領域と前記第２画像データが書き込まれた領域との境界位置に対応する前記中間像上の境界位置の移動に略同期して、前記偏光切替素子の前記第１偏光状態とされた切替領域と前記第２偏光状態とされた切替領域との境界位置が移動するように、前記第１偏光状態と前記第２偏光状態とを線順次に切り替えることを特徴とするプロジェクター。
【請求項２】
前記偏光切替素子における前記複数の切替領域の数と前記光変調素子における前記複数の画素の行数とが同一であることを特徴とする請求項１に記載のプロジェクター。
【請求項３】
前記偏光切替素子における前記複数の切替領域の数が、前記光変調素子における前記複数の画素の行数よりも少ないことを特徴とする請求項１に記載のプロジェクター。
【請求項４】
前記偏光切替素子における前記複数の切替領域の数が、前記光変調素子における前記複数の画素の行数よりも多いことを特徴とする請求項１に記載のプロジェクター。
【請求項５】
光源と、
マトリクス状に配列された複数の画素に対して、左眼用画像に対応する第１画像データと右眼用画像に対応する第２画像データとが、時間的に隣接する第１期間と第２期間とで交互に点順次に書き込まれ、書き込まれた前記第１画像データまたは前記第２画像データに基づいて前記光源からの光を変調する光変調素子と、
入射された光の偏光状態を、第１偏光状態と第２偏光状態とに時間的に切り替える複数の切替領域を有し、前記複数の切替領域にわたって前記第１偏光状態と前記第２偏光状態とを点順次に切り替える偏光切替素子と、
前記光変調素子によって変調された光を前記偏光切替素子に伝達し、前記偏光切替素子において略結像させて中間像を形成する光伝達光学系と、
前記偏光切替素子に形成された前記中間像を投写する投写光学系と、
前記偏光切替素子を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、前記光変調素子上の前記第１画像データが書き込まれた領域と前記第２画像データが書き込まれた領域との境界位置に対応する前記中間像上の境界位置の移動に略同期して、前記偏光切替素子の前記第１偏光状態とされた切替領域と前記第２偏光状態とされた切替領域との境界位置が移動するように、前記第１偏光状態と前記第２偏光状態とを点順次に切り替えることを特徴とするプロジェクター。
【請求項６】
前記光伝達光学系が、少なくとも前記光変調素子側にテレセントリック性を有することを特徴とする請求項１ないし５のいずれか一項に記載のプロジェクター。
【請求項７】
前記光伝達光学系が、等倍伝達光学系であることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか一項に記載のプロジェクター。
【請求項８】
前記光伝達光学系が、縮小伝達光学系であることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか一項に記載のプロジェクター。
【請求項９】
前記光伝達光学系が、拡大伝達光学系であることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか一項に記載のプロジェクター。
【請求項１０】
前記光伝達光学系と前記偏光切替素子との間の光路上に、偏光状態の乱れを補償する偏光補償光学系を備えたことを特徴とする請求項１ないし９のいずれか一項に記載のプロジェクター。
【請求項１１】
前記偏光切替素子の入射側に配置された光吸収型あるいは光反射型の偏光素子を備えたことを特徴とする請求項１ないし９のいずれか一項に記載のプロジェクター。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光変調素子に形成した光学像を投写光学系によりスクリーン上に投写表示するプロジェクターに関し、より詳しくは、偏光メガネを用いて投写画像を立体的に鑑賞できるプロジェクターに関する。
【背景技術】
【０００２】
大画面表示が可能なプロジェクターを用いて、表示画像を立体的に表現する技術が開発、実用化されてきている。プロジェクターを用いた立体画像表示では、左眼用画像と右眼用画像とをスクリーンに投影して、左眼および右眼にてそれぞれの画像を観察する視差利用の方式が一般的に用いられる。このとき、観察者は各々の眼に対応する画像を選択する必要があり、その一つの方式として偏光メガネを用いる偏光方式のプロジェクターが知られている。
【０００３】
偏光方式のプロジェクターでは、視差情報を含んだ左眼用画像と右眼用画像とを、両画像間で偏光状態を変えてスクリーン上に同時に表示する、あるいは時系列的に並ぶフレーム毎に交互に連続して表示する。観察者は、偏光選択性を備えた偏光メガネを通して、異なる偏光状態で表示された左眼用画像と右眼用画像とを見ることにより、２種類の画像がそれぞれ対応する眼のみで選択的に観察されるため、表示画像を立体的に視認することができる。
【０００４】
互いに偏光状態が異なる左眼用画像と右眼用画像とをスクリーン上に同時に表示する方法としては、第１のプロジェクターで左眼用画像を表示し、第２のプロジェクターで左眼用画像を表示するというように、２台のプロジェクターを用いる方式が提案されている（下記の特許文献１参照）。プロジェクターを２台使用する方式では、２台のプロジェクター間で、明るさや色合い等の表示画像の特性を合わせたり、投写位置を調整したりするのが難しいという問題が生じる。また、プロジェクターを２台使用するため、システムの小型化や使い勝手の面でも問題がある。
【０００５】
一方、互いに偏光状態が異なる左眼用画像と右眼用画像とを時分割で交互に連続して表示する方式は、１台のプロジェクターだけで表示画像を立体的に表現できるという利点があり、この方式のプロジェクターも提案されている（下記の特許文献２参照）。
【０００６】
特許文献１に記載の立体画像表示装置では、投写光の偏光状態が異なる２台のプロジェクターを用意する不便さを解消するために、投写光の偏光状態が同一の２台のプロジェクターを用い、一方のプロジェクターからの投写光の偏光状態を反射鏡からなる偏光切替素子で変えることにより、偏光状態が異なる左眼用画像と右眼用画像とを生成している。また、特許文献２に記載のプロジェクターでは、偏光状態が交互に切り替わる液晶パネルからなる偏光切替素子を介して液晶ライトバルブからの射出光を投写することで、左眼用画像と右眼用画像とを時分割で交互に表示している。いずれの装置も、光変調素子とスクリーンとの間に、投写光の偏光状態を切り替える手段を備える必要がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平９−５４３７５号公報
【特許文献２】特開昭６３−１８８９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、多数の微小ミラーをマトリクス状に備えた微小ミラー型光変調素子を使用したＤＬＰプロジェクター（ＤＬＰはテキサス・インスツルメンツ社の登録商標）が実用化されている。微小ミラー型光変調素子では、面順次方式で画像データを書き換えており、フレームに対応する画像は一定時間表示され続けた後、次のフレームに対応する新しい画像に瞬時に書き換えられて一定時間表示される。つまり、微小ミラー型光変調素子の場合、表示されている期間内において画像データは書き換えられない。したがって、ＤＬＰプロジェクターで立体画像表示を実現する場合、上記の偏光切替素子を備え、微小ミラー型光変調素子で画像データを瞬時に書き換えるタイミングに同期させて、偏光切替素子を用いて投写光の偏光状態を表示領域全体で同時に切り替えれば良い。
【０００９】
一方、液晶を用いた光変調素子を備えた液晶プロジェクターが実用化されている。一般的な液晶型光変調素子は画像データを保持する画像メモリーを画素毎に持っておらず、線順次方式、すなわち一本または複数本のライン（このラインを走査線と呼称する場合がある）を一方から他方に順次走査する方式で画像データを書き換えている。液晶プロジェクターでは、１フレームの画像をライン状の画像の集合体として捉え、１フレームの表示期間を通じてライン状に並ぶ画像データをライン毎に順次書き換えることで、次のフレームに対応する新しい画像を生成している。したがって、１フレームの画像中には現在のフレームに対応する画像データと次のフレームに対応する新しい画像データとが走査線を挟んで混在している。
【００１０】
そのため、液晶プロジェクターで使用する偏光切替素子の場合、液晶型光変調素子における線順次方式の画像データの書き込み形態に合わせて、投写光の偏光状態を線順次に切り替える切り替え形態を採用する必要がある。すなわち、光透過領域をライン状に複数の領域に分割し、個々の領域毎に通過する光の偏光状態を切り替えられる構成とし、偏光状態を切り替えるためのスイッチング素子を領域毎に備えた偏光切替素子、あるいは領域を順次選択して偏光状態を切り替える走査回路を外部に備えた偏光切替素子が必要となる。この種の偏光切替素子のことを、以下「領域分割型偏光切替素子」と仮称する。
【００１１】
しかしながら、液晶型光変調素子から射出された投写光は発散光であるため、領域分割型偏光切替素子を液晶型光変調素子の直後にただ単に配置しただけでは、液晶型光変調素子の一つの画素から射出された投写光は、領域分割型偏光切替素子に入射する段階で光束径が大きく拡がってしまう。そのため、領域分割型偏光切替素子において、投写光の偏光状態を切り替える領域の分割数を多くしても、液晶型光変調素子における画像データの書き込み位置と領域分割型偏光切替素子における偏光状態の切り替え位置とを、画素配列の１ライン（行）、あるいは数〜十数ライン程度の範囲で精度良く対応させることはできない。その結果、例えば左目用画像の一部に左目用画像に対応しない偏光状態（右目用画像に対応した偏光状態）の部分が混在する等の現象が起こり、投写画像の偏光状態が局所的に乱れることから、その部分では適切な立体視状態を得られず、画質劣化を生じることになる。
【００１２】
なお、以上の説明では、液晶型光変調素子において一般的な画像データの書き込み形態である線順次方式の例を挙げたが、液晶型光変調素子には画像データを画素毎に順次書き換える方式、いわゆる点順次方式の書き込み形態を採用する場合もある。上記の問題は点順次方式を採用したプロジェクターにも共通する問題である。
【００１３】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、偏光状態が異なる左眼用画像と右眼用画像とを時間的に交互に表示して立体画像表示を行うプロジェクターにおいて、線順次方式や点順次方式の画像データの書き込み形態を採用した光変調素子を用いた場合でも、高画質の立体画像表示を実現し得る構成を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記の目的を達成するために、本発明のプロジェクターは、光源と、マトリクス状に配列された複数の画素に対して、左眼用画像に対応する第１画像データと右眼用画像に対応する第２画像データとが、時間的に隣接する第１期間と第２期間とで交互に線順次に書き込まれ、書き込まれた前記第１画像データまたは前記第２画像データに基づいて前記光源からの光を変調する光変調素子と、入射された光の偏光状態を、第１偏光状態と第２偏光状態とに時間的に切り替える複数の線状の切替領域を有し、前記複数の切替領域にわたって前記第１偏光状態と前記第２偏光状態とを線順次に切り替える偏光切替素子と、前記光変調素子によって変調された光を前記偏光切替素子に伝達し、前記偏光切替素子において略結像させて中間像を形成する光伝達光学系と、前記偏光切替素子に形成された前記中間像を投写する投写光学系と、前記偏光切替素子を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記光変調素子上の前記第１画像データが書き込まれた領域と前記第２画像データが書き込まれた領域との境界位置に対応する前記中間像上の境界位置の移動に略同期して、前記偏光切替素子の前記第１偏光状態とされた切替領域と前記第２偏光状態とされた切替領域との境界位置が移動するように、前記第１偏光状態と前記第２偏光状態とを線順次に切り替えることを特徴とする。
【００１５】
本実施形態のプロジェクターにおいては、光変調素子からの射出光を偏光切替素子に伝達し、偏光切替素子において略結像させて中間像を形成する光伝達光学系を備えているので、光変調素子と偏光切替素子とが離間し、かつ、光変調素子からの射出光が発散光であっても、光変調素子の所定の画素から射出した投写光を偏光切替素子の所定の場所に精度良く入射させることができる。また、偏光切替素子は、制御部によって制御され、光変調素子上の第１画像データの書き込み領域と第２画像データの書き込み領域との境界位置に対応する中間像上の境界位置の移動に略同期して、偏光切替素子の第１偏光状態とされた切替領域と第２偏光状態とされた切替領域との境界位置が移動するように、第１偏光状態と第２偏光状態とを線順次に切り替える。これにより、光変調素子での各画像データの書き込みと偏光切替素子での偏光状態の切り替えとを空間的にも時間的にも同期できるため、投写画像の偏光状態が局所的に乱れることがなく、高画質の立体画像表示を実現できる。
【００１６】
本発明のプロジェクターにおいて、前記偏光切替素子における前記複数の切替領域の数と前記光変調素子における前記複数の画素の行数とが同一である構成を採用できる。
この構成によれば、光変調素子での各画像データを書き込む行方向の画素群と偏光切替素子での線状の切替領域とが１対１で対応する。この場合、光変調素子での各画像データの書き込みの境界位置と偏光切替素子での偏光状態の切り替えの境界位置とを空間的、時間的に略完全に同期できるため、より高画質の立体画像表示を実現できる。
【００１７】
本発明のプロジェクターにおいて、前記偏光切替素子における前記複数の切替領域の数が、前記光変調素子における前記複数の画素の行数よりも少ない構成を採用できる。
この構成の場合、光変調素子での各画像データを書き込む行方向の画素群と偏光切替素子での線状の切替領域とが１対１で対応しないため、光変調素子での各画像データの書き込みの境界位置と偏光切替素子での偏光状態の切り替えの境界位置とを完全には同期できない。そのため、投写画像の局所的な偏光状態の乱れが若干生じることになる。しかしながら、偏光状態の乱れが生じる領域の大きさが画像全体の大きさに比べてごく僅かであれば、実用上ほとんど問題とならない。また、この構成によれば、偏光切替素子の駆動素子や駆動回路を簡素にでき、低コスト化が図れる。
【００１８】
本発明のプロジェクターにおいて、前記偏光切替素子における前記複数の切替領域の数が、前記光変調素子における前記複数の画素の行数よりも多い構成を採用できる。
この構成の場合、光変調素子での各画像データを書き込む行方向の１つの画素群に対して偏光切替素子での複数の切替領域が対応する。例えば光変調素子として液晶素子を用いた場合、液晶素子によっては素子の構造や液晶の物性等に依存して画像データの書き替えに長い時間を要する、いわゆる応答時間が長い場合がある。この場合、例えば、画像データの書き替えの過渡期間に偏光切替素子の複数の切替領域を対応させて細かな切り替えを行うことにより、投写光の偏光状態の局所的な乱れを高い精度で抑制できる。
【００１９】
本発明のプロジェクターは、光源と、マトリクス状に配列された複数の画素に対して、左眼用画像に対応する第１画像データと右眼用画像に対応する第２画像データとが、時間的に隣接する第１期間と第２期間とで交互に点順次に書き込まれ、書き込まれた前記第１画像データまたは前記第２画像データに基づいて前記光源からの光を変調する光変調素子と、入射された光の偏光状態を、第１偏光状態と第２偏光状態とに時間的に切り替える複数の切替領域を有し、前記複数の切替領域にわたって前記第１偏光状態と前記第２偏光状態とを点順次に切り替える偏光切替素子と、前記光変調素子によって変調された光を前記偏光切替素子に伝達し、前記偏光切替素子において略結像させて中間像を形成する光伝達光学系と、前記偏光切替素子に形成された前記中間像を投写する投写光学系と、前記偏光切替素子を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記光変調素子上の前記第１画像データが書き込まれた領域と前記第２画像データが書き込まれた領域との境界位置に対応する前記中間像上の境界位置の移動に略同期して、前記偏光切替素子の前記第１偏光状態とされた切替領域と前記第２偏光状態とされた切替領域との境界位置が移動するように、前記第１偏光状態と前記第２偏光状態とを点順次に切り替えることを特徴とする。
【００２０】
上述のプロジェクターが線順次方式の画像データ書き込み形態を採用したものであったのに対し、本プロジェクターは点順次方式の画像データ書き込み形態を採用したものである。このプロジェクターにおいても、光変調素子での各画像データの書き込みと偏光切替素子での偏光状態の切り替えとを空間的にも時間的にも同期できるため、投写画像の偏光状態が局所的に乱れることがなく、高画質の立体画像表示を実現できる。
【００２１】
本発明のプロジェクターにおいて、前記光伝達光学系は、少なくとも前記光変調素子側にテレセントリック性を有することが望ましい。前記光変調素子側と前記偏光切替素子側の双方にテレセントリック性を有するものであれば、より望ましい。
テレセントリック性を有する光学系とは、主光線が像側あるいは物体側焦点を通る光学系のことである。このような光学系からなる光伝達光学系を用いることにより、光変調素子や偏光切替素子が光軸方向に位置ずれを生じても、伝達される画像の寸法および形状が変わらない。そのため、両素子の位置合わせが容易であり、正確な画像の伝達を実現できる。
【００２２】
本発明のプロジェクターにおいて、前記光伝達光学系が等倍伝達光学系である構成を採用できる。
この構成によれば、光変調素子の画素領域と同一寸法、同一形状の偏光切替領域を有する偏光切替素子を用いることにより、正確な画像の伝達を実現できる。
【００２３】
本発明のプロジェクターにおいて、前記光伝達光学系が縮小伝達光学系である構成を採用できる。
この構成によれば、偏光切替素子や投写光学系を小型化でき、プロジェクター全体の小型化、低コスト化が図り易い。
【００２４】
本発明のプロジェクターにおいて、前記光伝達光学系が拡大伝達光学系である構成を採用できる。
この構成によれば、偏光切替素子に伝達された中間像と偏光切替素子との位置合わせが容易となり、偏光切替素子の配置精度を確保し易い。
【００２５】
本発明のプロジェクターにおいては、前記光伝達光学系と前記偏光切替素子との間の光路上に、偏光状態の乱れを補償する偏光補償光学系を備えた構成を採用できる。あるいは、前記偏光切替素子の入射側に配置された光吸収型あるいは光反射型の偏光素子を備えた構成を採用できる。
これらの構成によれば、偏光切替素子に入射する偏光の偏光度を高められるため、偏光切替素子で投写光の偏光状態を正確に切り替えることができ、高画質の立体画像表示を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の第１実施形態のプロジェクターの概略構成図である。
【図２】第１実施形態のプロジェクターの偏光切替素子を示す図である。
【図３】偏光切替素子と画像光との対応関係を説明するための図である。
【図４】光伝達光学系のいくつかの構成例を示す図である。
【図５】光伝達光学系に光路長補正光学系を付加した構成例を示す図である。
【図６】光伝達光学系において光路長を補正する他の構成例を示す図である。
【図７】光伝達光学系に偏光補償光学系を付加した構成例を示す図である。
【図８】本発明の第２実施形態のプロジェクターの偏光切替素子を示す図である。
【図９】本発明の第３実施形態のプロジェクターの概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
［第１実施形態］
以下、本発明の第１実施形態について、図１〜図７を参照して説明する。
本実施形態では、光変調素子として透過型の液晶ライトバルブを３組使用した、いわゆる３板式の液晶プロジェクターを例示する。また、本実施形態のプロジェクターは、画像データの書き込み形態として線順次方式を採用している。
図１は本実施形態のプロジェクターの概略構成図である。図２（Ａ）、（Ｂ）は本実施形態のプロジェクターの領域分割型偏光切替素子を示す図であり、図２（Ａ）はｚ軸方向から見たｘｙ平面図、図２（Ｂ）はｘ軸方向から見たｙｚ平面断面図である。図３（Ａ）〜（Ｃ）は領域分割型偏光切替素子と画像光との対応関係を説明するための図である。図４（Ａ）〜（Ｅ）は光伝達光学系のいくつかの構成例を示す図である。図５は光伝達光学系に光路長補正光学系を付加した構成例を示す図である。図６は光伝達光学系において光路長を補正する他の構成例を示す図である。図７は光伝達光学系に偏光補償光学系を付加した構成例を示す図である。
なお、以下の全ての図面においては各構成要素を見やすくするため、構成要素によって寸法の縮尺を異ならせて示すことがある。また、本実施形態を含めて以下の実施形態では、領域分割型偏光切替素子を単に「偏光切替素子」と記載する場合がある。
【００２８】
本実施形態のプロジェクター１は、図１に示すように、光源２と、インテグレーター光学系３と、色光分離光学系４と、光路長補正用リレー光学系５と、各色光を変調する３つの液晶ライトバルブ６Ｒ，６Ｇ，６Ｂ（光変調素子）と、色光合成光学系７と、光伝達光学系８と、偏光切替素子９と、投写光学系１０と、を主に備えている。なお、本実施形態の構成では、２つの光伝達光学系が存在するため、照明光路の光路長を補正する目的で用いる方を「光路長補正用リレー光学系５」、液晶ライトバルブが生成した画像光を偏光切替素子に伝達する目的で用いる方を「光伝達光学系８」（特許請求の範囲の「光伝達光学系」に相当）と呼称して区別する。
【００２９】
以下、プロジェクター１の各構成要素について説明する。
光源２は、超高圧水銀ランプやキセノンランプ等からなり、白色光を射出する光源ランプ１２と、光源ランプ１２からの光を反射してインテグレーター光学系３に向けて射出させるリフレクター１３と、を有している。インテグレーター光学系３は、フライアイレンズ等からなる第１レンズアレイ１４および第２レンズアレイ１５と、重畳レンズ１６と、を有している。インテグレーター光学系３は、光源２から射出された光の照度分布を各液晶ライトバルブ６Ｒ，６Ｇ，６Ｂ上で略均一化する機能を有している。
【００３０】
色光分離光学系４は、ダイクロイックミラー１８，１９と、反射ミラー２０と、を有している。ダイクロイックミラー１８，１９は、例えばガラス表面に誘電体多層膜を積層したものであり、入射した白色光に含まれる所定の波長帯域の色光を選択的に反射させ、それ以外の波長帯域の色光を透過させる特性を有している。ダイクロイックミラー１８は、緑色光ＬＧと青色光ＬＢとを反射させ、赤色光ＬＲを透過する。ダイクロイックミラー１９は、ダイクロイックミラー１８で反射した色光のうち、緑色光ＬＧを反射させ、青色光ＬＢを透過する。反射ミラー２０は、ダイクロイックミラー１８を透過した赤色光ＬＲを赤色光変調用液晶ライトバルブ６Ｒの平行化レンズ２１に向けて反射させる。
【００３１】
光路長補正用リレー光学系５は、入射側レンズ２３と、リレーレンズ２４と、反射ミラー２５，２６と、を有しており、青色光ＬＢが他の色光ＬＲ，ＬＧに比べて液晶ライトバルブ６Ｂまでの光路長が長いことによる光損失を補正する機能を有している。入射側レンズ２３は、リレーレンズ２４に光を効率良く入射させる機能を有している。リレーレンズ２４は、入射側レンズ２３近傍の光を青色光変調用液晶ライトバルブ６Ｂの前段の平行化レンズ２１近傍に伝達する機能を有している。光路長補正用リレー光学系５により、入射側レンズ２３に入射した青色光ＬＢは、光強度分布が略保存された状態で光損失を殆ど伴うことなく、空間的に離れた液晶ライトバルブ６Ｂに伝達される。
【００３２】
各液晶ライトバルブ６Ｒ，６Ｇ，６Ｂは、一対の基板と基板間に挟持された液晶とを備え、透過率を独立に制御可能な複数の画素がマトリクス状に配列された構成を有している。光透過領域には複数の走査線と複数のデータ線とが互いに交差して設けられ、複数のデータ線に画像データを供給する一方、複数の走査線を一方から他方に線順次に走査することにより、各走査線に対応する行方向に並ぶ複数の画素（画素群）に画像データが書き込まれる。例えば、赤色光変調用の液晶ライトバルブ６Ｒは、平行化レンズ２１によって略平行化されて入射した赤色光を画像データに基づいて光変調し、光学像を内包した画像光を射出する。緑色光変調用の液晶ライトバルブ６Ｇ、青色光変調用の液晶ライトバルブ６Ｂの作用も赤色光変調用の液晶ライトバルブ６Ｒと同様である。
【００３３】
また本実施形態の場合、画像データは、左眼用画像に対応する第１画像データと右眼用画像に対応する第２画像データとで構成されている。第１画像データは第１サブフレーム（第１期間）に線順次方式で書き込まれ、第２画像データは第１サブフレームと時間的に隣接する第２サブフレーム（第２期間）に線順次方式で書き込まれる。これが繰り返され、第１画像データと第２画像データとは交互に書き込まれる。各液晶ライトバルブ６Ｒ，６Ｇ，６Ｂは、書き込まれた第１画像データまたは第２画像データに基づいて光変調を行う。各サブフレームのフレームレートは１２０Ｈｚに設定されている。
【００３４】
色光合成光学系７は、クロスダイクロイックプリズム２８と、波長選択位相板２９と、を有している。クロスダイクロイックプリズム２８は、４つの三角柱プリズムが互いに貼り合わされた構造になっている。三角柱プリズムにおいて貼り合わされる面は、クロスダイクロイックプリズム２８の選択反射面になる。クロスダイクロイックプリズム２８の内面に、赤色光ＬＲが反射し緑色光ＬＧが透過する選択反射面と、青色光ＬＢが反射し緑色光ＬＧが透過する選択反射面と、が互いに直交して形成されている。クロスダイクロイックプリズム２８に入射した緑色光ＬＧは、選択反射面を通ってそのまま射出され、赤色光ＬＲ、青色光ＬＢは、選択反射面で選択的に反射して、緑色光ＬＧの射出方向と同じ方向に射出される。
【００３５】
波長選択位相板２９は、入射光のうち、特定の波長帯域の色光の偏光状態を選択的に変換するものであり、例えばColor Select（Color Link社の商品名）等を用いることができる。すなわち、各液晶ライトバルブ６Ｒ，６Ｇ，６Ｂから射出される画像光は射出側偏光板（図示せず）を透過した直線偏光であり、色光合成光学系７であるクロスダイクロイックプリズム２８での効率を考慮して、緑色光ＬＧはＰ偏光、赤色光ＬＲおよび青色光ＬＢはＳ偏光の状態でクロスダイクロイックプリズム２８に入射し、カラー画像を形成する画像光に合成されて射出される。クロスダイクロイックプリズム２８から射出された画像光は、波長選択位相板２９に入射し、緑色光ＬＧの偏光方向のみが９０度回転してＳ偏光となり、偏光状態が揃った３つの色光で構成された画像光となって波長選択位相板２９から射出される。勿論、各液晶ライトバルブ６Ｒ，６Ｇ，６Ｂから射出側偏光板（図示せず）を透過して射出される各色光ＬＲ，ＬＧ，ＬＢが、全て同じ状態の直線偏光（例えば、Ｓ偏光）となる構成を採用することもでき、その場合には波長選択位相板２９は不要である。
【００３６】
光伝達光学系８は、入射側レンズ３１と、リレーレンズ３２と、射出側レンズ３３と、を有している。光伝達光学系８は、各液晶ライトバルブ６Ｒ，６Ｇ，６Ｂから射出された画像光を偏光切替素子９に伝達し、偏光切替素子９において結像させて中間像を形成する機能を有している。本実施形態の光伝達光学系８は等倍伝達光学系を採用するが、縮小伝達光学系や拡大伝達光学系を採用しても良い。光伝達光学系８の結像倍率については後述する。
【００３７】
入射側レンズ３１は、各液晶ライトバルブ６Ｒ，６Ｇ，６Ｂとクロスダイクロイックプリズム２８との間に配置されている。入射側レンズ３１は、各液晶ライトバルブ６Ｒ，６Ｇ，６Ｂからの画像光をリレーレンズ３２に効率良く入射させる機能を有している。リレーレンズ３２は、入射側レンズ３１近傍の画像光をクロスダイクロイックプリズム２８を介して一つに合成しつつ、偏光切替素子９上で結像させ、中間像を形成するように伝達する機能を有している。なお、クロスダイクロイックプリズム２８の色光合成特性は入射角依存性を有するため、各液晶ライトバルブ６Ｒ，６Ｇ，６Ｂの射出側には入射側レンズ３１を配置せず、一つの入射側レンズをクロスダイクロイックプリズム２８の射出端面に近接させて配置しても良く、色光合成時に発生し易い色ムラを低減することができる。射出側レンズ３３は、リレーレンズ３２から射出された画像光を偏光切替素子９に効率良く入射させる機能を有している。
【００３８】
光伝達光学系８は、例えば歪曲収差や倍率色収差などの光学収差の発生が少ない光学系であることが望ましく、リレーレンズ３２においても同様である。この観点から、リレーレンズ３２を複数のレンズで構成する、非球面レンズを使用する、低分散性の硝材を用いるなどの手段を採用するのが効果的である。また、レンズに限定することなく、反射ミラーなどを用いたり、レンズと反射ミラーとを組み合わせて構成しても良い。なお、入射側レンズ３１は、伝達効率を向上させる面で有効であるが、必須の光学要素ではなく、液晶ライトバルブ６Ｒ，６Ｇ，６Ｂから射出される画像光の特性や光伝達光学系の構成によっては備えなくても良い。
【００３９】
光伝達光学系８は光学収差の発生が少ない光学系であることが望ましいと述べたが、より詳しくは、画像伝達特性の波長依存性が小さい光学系であることが望ましい。その理由は、各液晶ライトバルブ６Ｒ，６Ｇ，６Ｂでは波長域の異なる光によって赤色光用画像、緑色光用画像、青色光用画像が形成され、それらの画像が一つの光伝達光学系８で扱われるためである。そのためには、ゼロ分散や低分散性の光学材料を用いて構成することが望ましい。
【００４０】
あるいは、他の手段として、図５に示すように、各液晶ライトバルブ６Ｒ，６Ｇ，６Ｂの射出側に光路長補正光学系３５を配置して光路毎に光路長を補正する、図６に示すように、各液晶ライトバルブ６Ｒ，６Ｇ，６Ｂと偏光切替素子９との間の距離ＤＲ，ＤＧ，ＤＢを変えて光路毎に光路長を補正する、などの方策が有効である。なお、図６では図面を見易くするため、距離ＤＲ，ＤＧ，ＤＢを示す矢印を各液晶ライトバルブ６Ｒ，６Ｇ，６Ｂから射出光軸までのみ描いた。
【００４１】
さらに、複数の液晶ライトバルブを備えた構成では、各液晶ライトバルブ６Ｒ，６Ｇ，６Ｂの画像光を正確に重畳しつつ偏光切替素子９に確実に伝達するために、上述の光伝達光学系８の光学特性を考慮しつつ、各液晶ライトバルブ６Ｒ，６Ｇ，６Ｂと偏光切替素子９との間の光学距離を所定の関係に設定する必要がある。すなわち、各液晶ライトバルブ６Ｒ，６Ｇ，６Ｂの投写光軸方向における位置を正確に設定する必要がある。ところが、これは容易なことではない。そこで、少なくとも液晶ライトバルブ６Ｒ，６Ｇ，６Ｂ側の片側に、好ましくは、液晶ライトバルブ６Ｒ，６Ｇ，６Ｂ側と偏光切替素子９側の両側にテレセントリック性を有する光伝達光学系を用いることが望ましい。テレセントリック性を有する光学系とは、主光線が像側焦点あるいは物体側焦点を通る光学系である。このような光学系を用いることにより、液晶ライトバルブ６Ｒ，６Ｇ，６Ｂや偏光切替素子９が光軸方向に位置ずれを生じても、伝達される画像の寸法および形状が変わらないため、両素子の位置合わせが容易であり、正確な画像伝達を実現できる。
【００４２】
このようなテレセントリック性を有する光伝達光学系のいくつかの例を図４（Ａ）〜（Ｅ）に示す。図４（Ａ）は、レンズ方式の両側テレセントリックの光伝達光学系の例であり、２つのレンズ３７Ａ，３７Ｂと１つの光学絞り３８とを備えている。図４（Ｂ）は、ミラー方式の両側テレセントリックの光伝達光学系の例であり、３つの反射ミラー３９Ａ，３９Ｂ，３９Ｃを備えている。図４（Ｃ）は、レンズ・ミラー併用方式の両側テレセントリックの光伝達光学系の例であり、２つのミラー４０Ａ，４０Ｂ，４１Ａ，４１Ｂの対が２対と１つのレンズ４２とを備えている。図４（Ｄ）は、両側テレセントリックの縮小伝達光学系の例であり、２つのレンズ４３Ａ，４３Ｂと１つの光学絞り４４とを備えている。図４（Ｅ）は、物体側テレセントリックの光伝達光学系の例であり、１つのレンズ４５と１つの光学絞り４６とを備えている。
【００４３】
なお、色光合成光学系７であるクロスダイクロイックプリズム２８も、光伝達光学系８と同様、光学収差の発生が少ない素子とすることが望ましく、ゼロ分散や低分散性の光学材料を用いて構成することが望ましい。
【００４４】
偏光切替素子９は、液晶ライトバルブ６Ｒ，６Ｇ，６Ｂから入射した光の偏光状態を、第１偏光状態と第２偏光状態とに時間的に切り替える複数の線状の切替領域を有しており、複数の切替領域にわたって第１偏光状態と第２偏光状態とを線順次に切り替えるものである。偏光切替素子９は、図２（Ａ）、（Ｂ）に示すように、各々が透明電極４３，４４を備えた一対の透明基板４５，４６間に液晶４７が所定の配向状態で封入された液晶素子によって構成されている。偏光切替素子９に適用可能な液晶素子の種類としては、例えば強誘電性液晶素子、パイセル液晶素子、ＴＮ液晶素子等の周知の液晶素子を用いることができる。偏光切替素子９には、極力応答速度の速い液晶素子を用いることが望ましい。
【００４５】
一方の透明基板４５には、透明導電膜からなる細長い形状の複数のライン電極４３が形成されている。各ライン電極４３の形成領域が、入射光の偏光状態を、第１偏光状態と第２偏光状態とに時間的に切り替える個々の切替領域に対応する。各ライン電極４３（切替領域）の長手方向の寸法および形状は、液晶ライトバルブ６Ｒ，６Ｇ，６Ｂの行方向（走査線の延在方向）に並ぶ複数の画素の全てに対応している。また、ライン電極４３（切替領域）の数は、液晶ライトバルブ６Ｒ，６Ｇ，６Ｂの列方向（データ線の延在方向）に並ぶ画素の数（行数）と一致している。他方の透明基板４６には、透明導電膜からなる対向電極４４が全面に形成されている。
【００４６】
ライン電極４３の行方向の寸法は、液晶ライトバルブ６Ｒ，６Ｇ，６Ｂの行方向に並ぶ全ての画素の両端部間の寸法よりも若干大きく設定されている。したがって、液晶ライトバルブ６Ｒ，６Ｇ，６Ｂからの画像光が伝達される領域Ｇはライン電極４３の長手方向の両端部よりも内側に位置する。偏光切替素子９はｘ軸方向、ｙ軸方向、ｚ軸方向の全ての方向に位置調整が可能なホルダー（保持部材）で保持することが望ましい。液晶ライトバルブ６Ｒ，６Ｇ，６Ｂに形成された画像の行方向に並ぶ画素群と偏光切替素子９のライン電極４３とが１対１で対応するように、光伝達光学系８は液晶ライトバルブ６Ｒ，６Ｇ，６Ｂの画像を偏光切替素子９の所定の位置に正確に伝達する必要があるが、上述の位置調整機構を備えることにより、光伝達光学系８や偏光切替素子９の調整（位置合わせ）が容易になる。
【００４７】
偏光切替素子９は、図１に示すように、駆動素子や駆動回路（ともに図示せず）を含む制御部４９を備えている。制御部４９は、液晶ライトバルブ６Ｒ，６Ｇ，６Ｂの垂直方向への線順次走査に同期させて、偏光切替素子９のライン電極４３と対向電極４４との間に電圧を順次印加して、ライン電極４３と対向電極４４とで挟まれた個々の切替領域における液晶の配向状態を制御する。これにより、特定のライン電極に対応する切替領域に入射した偏光の偏光状態を第１偏光状態から第２偏光状態に、あるいは第２偏光状態から第１偏光状態に線順次に切り替え、例えば図２（Ａ）の矢印Ｅの方向に走査しながら射出することができる。
【００４８】
具体的には、例えば直線偏光であるＳ偏光を偏光切替素子９に入射させたとき、偏光方向を９０度回転させてＰ偏光として射出させたり、偏光方向を回転させずにＳ偏光のまま射出させたりすることができる。このように、互いに直交する直線偏光を用いる場合には、簡単な構成の光シャッターメガネを使用でき、システムのコストを低減できる。あるいは、偏光切替素子９に１／４波長板を組み合わせて、左回りの円偏光として射出させたり、右回りの円偏光として射出させたりすることができる。このように、互いに逆回りの円偏光を用いる場合には、投写画像に対して正対しない斜め方向から観察した場合でも、二重像などの発生が少なく、良好な立体視状態を実現できる。
【００４９】
多くの液晶ライトバルブでは、線順次方式の画像データの書き込み形態が採用されている。すなわち、行方向に並ぶ画素群の全てに対して画像データが同時に書き込まれ、その画素群が列方向に順次移動することで全ての画素に画像データを書き込み、最終的に１サブフレームの左眼用画像もしくは右眼用画像が完成する。したがって、液晶ライトバルブ６Ｒ，６Ｇ，６Ｂの線順次書き込み方式に対応させ、行方向に並ぶ画素群の全てに対して１本のライン電極４３が対応するように偏光切替素子９を構成している。
【００５０】
偏光切替素子９に入射した液晶ライトバルブ６Ｒ，６Ｇ，６Ｂからの画像光が、偏光切替素子９によって所定の偏光状態を有する画像光に変換されて射出する様子を、以下、図３（Ａ）〜（Ｃ）を用いて説明する。なお、図３（Ａ）は偏光切替素子９に入射する画像光の状態を示し、図３（Ｂ）は偏光切替素子９の状態を示し、図３（Ｃ）は偏光切替素子９から射出する画像光の状態を示している。
【００５１】
偏光切替素子９に入射した画像光を仔細に見ると、液晶ライトバルブ６Ｒ，６Ｇ，６Ｂの垂直方向への線順次走査での画像データの書き込みに対応して、その画像はライン単位で連続的に書き換えられている。すなわち、偏光切替素子９に入射した画像光によって形成される中間像は、図３（Ａ）に示すように、ある時点において、前のサブフレームの画像と新たに書き換えられた現行のサブフレームの画像とが所定の走査線（所定の境界位置Ｘ）を挟んで併存している。
【００５２】
ここで、制御部４９は、この走査線（境界位置Ｘ）の垂直方向への移動に同期させて、図３（Ｂ）に示すように、偏光切替素子９の複数のライン電極４３に対して所定の電圧を線順次に印加し、液晶の偏光状態が第１偏光状態にある切替領域と第２偏光状態にある切替領域との境界位置Ｘ１が移動するように、液晶の配向状態を順次所定の状態に切り替える。これにより、偏光切替素子９を透過した画像光は、図３（Ｃ）に示すように、その境界位置Ｘ１の上下で異なる偏光状態を取ることができ、走査線を跨いで同じ偏光状態が続くことがない。例えば、第１偏光状態を有する前サブフレームの画像を左眼用画像、第２偏光状態を有する現行サブフレームの画像を右眼用画像とみなせば、偏光状態が異なる左眼用と右眼用の種類の画像を正確に切り分けつつ、時間的に交互に連続して表示することができる。
【００５３】
これにより、サブフレーム毎に偏光状態が正確に異なった画像がスクリーン５１上に投写表示される。例えば、奇数番目のサブフレーム画像は第１偏光状態を取る左眼用画像であり、偶数番目のサブフレーム画像は第２偏光状態を取る右眼用画像であるとする。観察者は、このような偏光状態を持つ投写画像を、左眼用に第１偏光状態の光のみを透過する偏光素子を備え、右眼用に第２偏光状態の光のみを透過する偏光素子を備えた偏光メガネを通して見ることにより、奇数番目のサブフレーム画像を左眼のみに、偶数番目のサブフレーム画像を右眼のみにそれぞれ分離して導くことができ、良好な立体視状態を得ることができる。
【００５４】
このように、本実施形態のプロジェクター１によれば、各液晶ライトバルブ６Ｒ，６Ｇ，６Ｂからの画像光を偏光切替素子９上に結像させて中間像を形成する光伝達光学系８を備えているので、液晶ライトバルブ６Ｒ，６Ｇ，６Ｂと偏光切替素子９とが離れた位置にあり、かつ、液晶ライトバルブ６Ｒ，６Ｇ，６Ｂからの画像光が発散光であっても、液晶ライトバルブ６Ｒ，６Ｇ，６Ｂの所定の画素から射出した画像光を偏光切替素子９の所定の切替領域に精度良く入射させることができる。また、偏光切替素子９においは、液晶ライトバルブ６Ｒ，６Ｇ，６Ｂの各画像の境界位置の垂直方向への移動に同期して、液晶の偏光状態が第１偏光状態にある切替領域と第２偏光状態にある切替領域との境界位置が移動するので、液晶ライトバルブ６Ｒ，６Ｇ，６Ｂでの各画像データの書き込みと偏光切替素子９での偏光状態の切り替えとを空間的にも時間的にも同期させることができる。これにより、投写画像の偏光状態が局所的に乱れることがなく、高画質の立体画像表示を実現できる。
【００５５】
なお、本実施形態のプロジェクター１では、２種類の偏光状態の画像光を各々対応する片方の眼でのみ見ることで立体状態を得ることから、画像フレーム（サブフレーム）の表示速度が遅い場合には画質劣化につながるフリッカーを感じる場合がある。そのため、画像フレーム（サブフレーム）の表示速度としては１２０Ｈｚ程度以上であることが望ましい。
【００５６】
本実施形態では、光伝達光学系８として等倍伝達光学系を用いたため、液晶ライトバルブ６Ｒ，６Ｇ，６Ｂの画素領域と同一寸法、同一形状の偏光切替領域を有する偏光切替素子９を用いることにより、正確な画像伝達を実現できる。しかしながら、光伝達光学系の構成は、等倍伝達光学系に代えて、縮小伝達光学系や拡大伝達光学系を採用しても良い。縮小伝達光学系、すなわち、液晶ライトバルブ６Ｒ，６Ｇ，６Ｂで形成された画像を縮小して偏光切替素子に伝達する構成では、偏光切替素子や投写光学系を小型化できるため、プロジェクター全体の小型化、低コスト化が図り易い。これに対して、拡大伝達光学系、すなわち、液晶ライトバルブ６Ｒ，６Ｇ，６Ｂで形成された画像を縮小して偏光切替素子に伝達する構成では、偏光切替素子に伝達された中間像と偏光切替素子との位置合わせが容易となり、偏光切替素子の配置精度を確保し易い。
【００５７】
本実施形態の場合、偏光切替素子９は投写光学系１０の焦点位置に配置され、偏光切替素子９と投写光学系１０との間には空気以外の介在物が存在しないため、バックフォーカス長が極めて短い投写光学系を用いることができる。バックフォーカス長が短くなる程、Ｆ値が小さく大口径であるにもかかわらず、高性能な投写光学系をより容易に実現できる。したがって、光伝達光学系における画像伝達の倍率を等倍以外に設定した場合でも、この構成に対応する投写光学系を比較的容易に実現することができる。
【００５８】
偏光切替素子９のライン電極４３（切替領域）の数は、本実施形態のように、液晶ライトバルブ６Ｒ，６Ｇ，６Ｂの列方向に並ぶ画素数と同じであることが望ましいが、これに限定されるものではない。偏光切替素子９のライン電極４３（切替領域）の数が液晶ライトバルブ６Ｒ，６Ｇ，６Ｂの列方向に並ぶ画素数と一致しない場合には、液晶ライトバルブ６Ｒ，６Ｇ，６Ｂの行方向の画素群と偏光切替素子９の切替領域とが１対１で対応しないため、液晶ライトバルブ６Ｒ，６Ｇ，６Ｂでの各画像データの境界位置と偏光切替素子９での異なる偏光状態の境界位置とを完全には同期できない。そのため、例えば境界位置の近傍で本来第１偏光状態となるべき光束が第２偏光状態として射出される等、投写画像の局所的な偏光状態の乱れが若干生じることになる。しかしながら、偏光状態の乱れが生じる領域の大きさが画像全体の大きさに比べてごく僅かであれば、実用上ほとんど問題とならない。
【００５９】
したがって、偏光切替素子９のライン電極４３（切替領域）の数が液晶ライトバルブ６Ｒ，６Ｇ，６Ｂの列方向に並ぶ画素数よりも少ない構成としても良い。液晶ライトバルブ６Ｒ，６Ｇ，６Ｂの列方向の画素数に対して、その１／３程度以上の数のライン電極４３が形成されていれば、偏光切替素子９としてほぼ所望の効果を得られる。偏光切替素子９のライン電極４３（切替領域）の数が液晶ライトバルブ６Ｒ，６Ｇ，６Ｂの列方向に並ぶ画素数よりも少ない構成の場合、偏光切替素子９の駆動素子や駆動回路を簡素にでき、低コスト化が図れる。
【００６０】
逆に、偏光切替素子９のライン電極４３（切替領域）の数が液晶ライトバルブ６Ｒ，６Ｇ，６Ｂの列方向に並ぶ画素数よりも多い構成としても良い。この構成を採用した場合、液晶ライトバルブ６Ｒ，６Ｇ，６Ｂにおける行方向の１行の画素群に対して偏光切替素子９における複数のライン電極４３（切替領域）が対応する。例えば、光変調素子を構成する液晶素子によっては素子の構造や液晶の物性等に依存して画像データの書き替えに長い時間を要する、いわゆる応答時間が長い場合がある。この場合、例えば、画像データの書き替えの過渡期間に偏光切替素子９の複数の切替領域を対応させて細かな切り替えを行うことにより、投写光の偏光状態の局所的な乱れを高い精度で抑制できる。
【００６１】
また、偏光切替素子９で画像光の偏光状態を正確に切り替えるためには、偏光切替素子９に入射する画像光は偏光度が高い直線偏光であることが望ましい。光変調素子である液晶ライトバルブ６Ｒ，６Ｇ，６Ｂから射出された画像光は偏光度が高い直線偏光であるが、偏光切替素子９に至る途中に存在する色光合成光学系７（例えば、誘電体多層膜で形成されたダイクロイック膜を有するクロスダイクロイックプリズム）や光伝達光学系８（曲率を有するレンズ類を備える）によって、偏光が乱され、偏光度が低下する。
【００６２】
そこで、図７に示すように、色光合成光学系７や光伝達光学系８に起因して生じる偏光の乱れを補償する偏光補償光学系５３を、光伝達光学系８のリレーレンズ３２と偏光切替素子９との間の光路上に配置することが望ましい。この構成によれば、偏光切替素子９に入射する偏光の偏光度を高められるため、偏光切替素子９によって投写光の偏光状態を正確に切り替えることができ、高画質の立体画像表示を実現できる。
【００６３】
偏光補償光学系５３としては、周知のレクチファイアを用いることができる。レクチファイアは１／２波長板７１と屈折力の無いレンズ７２から構成される。屈折力の無いレンズ７２は、一対の強い屈折面を持つ凸レンズ７３と凹レンズ７４の組み合わせで構成される。屈折力の無いレンズ７２は、透過光線のＰ偏光成分とＳ偏光成分に透過率差を生じさせ、偏光面を回転させることができる。その曲面の曲率半径、ガラス屈折率を調整することで、偏光の回転の度合いを広範囲に調節することが可能である。さらに、１／２波長板７１の表面や、屈折力の無いレンズ７２の各面に所望のリターデーションを発生する誘電体多層膜を形成することで、透過光線に所望のリターデーションを付与することができる。
【００６４】
液晶ライトバルブ６Ｒ，６Ｇ，６Ｂから射出された各色の偏光がクロスダイクロイックプリズム２８、リレーレンズ３２を透過することで生じる偏光変化は完全に同一ではない。クロスダイクロイックプリズム２８においては、緑色光（Ｇ光）はＲ光反射面およびＢ光反射面を透過する。赤色光（Ｒ光）はＲ光反射面で反射しＢ光反射面を透過する。青色光（Ｂ光）はＢ光反射面を透過しＢ光反射面で反射する。したがって、各色光がＲ光反射面、Ｂ光反射面の誘電体多層膜（Ｒ光反射ダイクロイック膜、Ｂ光反射ダイクロイック膜）で受けるリターデーションは異なる。また、リレーレンズ３２においてはガラス屈折率の色分散により、偏光面の回転度合いが色光毎に異なる。
【００６５】
以上の理由により、レクチファイアで全波長域にわたって完全に偏光変化を元に戻すことは難しく、それを実現するためには偏光補償光学系の大型化・複雑化・大幅なコストアップを招く虞がある。この場合、例えば人間の視感度の最も高いＧ光の偏光状態を最小にするようにレクチファイアを構成する。具体的には、Ｇ光の受けるリターデーションおよび偏光面の回転を最小にするように、レクチファイアの誘電体多層膜と屈折力の無いレンズ７２の曲率半径、ガラス材料を調整する。このようにすることで、偏光補償光学系５３（レクチファイア）の大型化・複雑化・コストアップを避けながらも最も効果的に画像光の偏光状態を補償して、高画質の立体画像を表示することができる。なお、光源２として超高圧水銀ランプ等の水銀ランプを使用する場合は、Ｇ光波長域で最も強度の高いｅ線（５４６．１ｎｍ）付近でリターデーションおよび偏光面回転を最小にすることが望ましい。
【００６６】
偏光補償光学系５３が配置可能な場所は、スペースの制約等から各液晶ライトバルブ６Ｒ，６Ｇ，６Ｂからの色光がクロスダイクロイックプリズム２８で合成された以降（偏光切替素子９側）であって、偏光切替素子９に近い位置に限定される。また、赤色光、緑色光、青色光の各光路では、介在するダイクロイック素子等の光学特性が異なり、使用される光学材料が波長分散性を有する等の理由により、各光路における偏光度の低下の度合いが一様ではない。そのため、偏光切替素子９に入射する画像光の偏光度を全波長域にわたって補償することはできない。そこで、本構成では、偏光度の低下が最も大きい色光に合わせて偏光補償量を設定する方策を採用することが望ましい。あるいは、偏光度の低下が３色の色光間で平均化されるように偏光補償量を設定する方策を採用することが望ましい。
【００６７】
なお、本例においては、クロスダイクロイックプリズム２８、リレーレンズ３２で発生するリターデーションを補償するための誘電体多層膜をレクチファイアを構成する光学素子の少なくとも１面以上に形成していたが、誘電体多層膜の形成位置はレクチファイアに限定されることはなく、同等の機能を果たすのであれば他の光学素子の面に形成してもよい。具体的には、クロスダイクロイックプリズム２８の光射出面や、リレーレンズ３２の各レンズ面があげられる。さらには、これらの面には通常反射防止膜が形成されているが、これらの面の少なくとも一面に反射防止膜を形成しないことで効果的に補償用のリターデーションを発生させることも可能である。
【００６８】
また、レクチファイアの配置位置は、リレーレンズ３２の後段（光射出側）に限らず、リレーレンズ３２の前段（光入射側）でもよい。この場合、例えば、図７に示したレクチファイアのうちの、屈折率の無いレンズ７２を前段に配し、１／２波長板７１を後段に配するとよい。
【００６９】
上述のように、偏光補償光学系５３を使用することにより、光損失を殆ど伴うことなく偏光の乱れを補償できる。これに対し、偏光補償光学系５３を使用せず、光吸収型或いは光反射型の偏光素子を偏光切替素子の入射側に配置する構成を採用してもよい。偏光素子としては高分子素材の延伸フィルムを用いた光吸収型偏光素子、光吸収性の微粒子を配向させた光吸収型偏光素子、構造複屈折性を利用した光反射型或いは光吸収型偏光素子などを用いることができる。この構成によれば、低いコストで偏光の乱れを補償することができる。
【００７０】
ここで、これらの偏光素子を偏光切替素子の直前（液晶ライトバルブ側）に配置することが望ましい。これらの偏光素子は何れも不要な偏光成分の光を吸収或いは反射して排除する素子であるため、偏光切替素子に入射する直線偏光の偏光度が高められ、偏光切替素子で画像光の偏光状態を正確に切り替えることができ、高画質な立体視状態を実現できる。
また、偏光素子を偏光切替素子の入射端面に密着させて配置しても良い。さらに、光吸収型偏光素子を使用すれば、設置スペースが限られる場合に有効である。尤も、反射型偏光素子を用いて、不要な偏光成分の光を透過により排除し、反射光である画像光を偏光切替素子に入射させる構成としても良い。
【００７１】
［第２実施形態］
以下、本発明の第２実施形態について、図８を用いて説明する。
本実施形態のプロジェクターの基本構成は第１実施形態と同様であり、液晶ライトバルブの画像データの書き込み形態が第１実施形態と異なるのみであるため、その点についてのみ説明する。
図８は本実施形態のプロジェクターの偏光切替素子を示す図であり、図１におけるｚ軸方向から見たｘｙ平面図である。
【００７２】
第１実施形態の場合、液晶ライトバルブ６Ｒ，６Ｇ，６Ｂの画像データの書き込み形態が線順次方式であるとして説明した。ところが、液晶ライトバルブの中には、画像データの書き込み形態として点順次方式を採用している場合がある。本実施形態のプロジェクターは、光変調素子として、点順次方式の画像データ書き込み形態を採用した液晶ライトバルブを用いている。点順次方式の液晶ライトバルブでは、マトリクス状に配置された画素の一つ一つを順次選択して画像データを書き込み、最終的に１フレームの画像を完成させる。
【００７３】
このような書き込み形態の液晶ライトバルブを使用する場合には、第１実施形態のライン電極４３と異なり、図８に示すように、液晶ライトバルブの画素配列と略対応するように複数の画素状電極６０をマトリクス状に備えた偏光切替素子５９を用いる必要がある。本実施形態においても、偏光切替素子５９上に形成される中間像は、ある時点において、前のサブフレームの画像と新たに書き換えられた現行のサブフレームの画像とが所定の境界位置を挟んで併存している。
【００７４】
ところが、本実施形態の場合、この境界位置は、垂直方向へのみ移動するのではなく、所定の行の画素群に対して水平方向に矢印Ｅ１で示す向きに移動した後、垂直方向に矢印Ｅ２で示す向きに移動し、次の行の画素群に対して再度水平方向に移動するというように、水平方向、垂直方向の双方に移動する。これに伴って、制御部は、偏光切替素子５９の複数の画素状電極６０に対して所定の電圧を点順次に印加し、液晶が第１偏光状態にある切替領域と第２偏光状態にある切替領域との境界位置が、データ書き込みの境界位置の移動に同期して移動するように、液晶の配向状態を順次所定の状態に切り替える。
【００７５】
本実施形態においても、液晶ライトバルブでの各画像データの書き込みと偏光切替素子での偏光状態の切り替えとを空間的にも時間的にも同期できるため、投写画像の偏光状態が局所的に乱れることがなく、高画質の立体画像表示を実現できる、といった第１実施形態と同様の効果が得られる。
【００７６】
［第３実施形態］
以下、本発明の第３実施形態について、図９を用いて説明する。
第１実施形態では、光変調素子として透過型の液晶ライトバルブを用いたが、本実施形態のプロジェクターでは、光変調素子として反射型の液晶ライトバルブを用いた構成例を挙げて説明する。
図９は本実施形態のプロジェクターの概略構成図である。図９において、第１実施形態の図１と共通の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略する。
【００７７】
本実施形態のプロジェクター６１においては、図９に示すように、インテグレーター光学系３を構成する重畳レンズ１６の射出側に、色光分離光学系６２であるダイクロイックミラー６３，６４が備えられている。ダイクロイックミラー６３は、緑色光ＬＧと青色光ＬＢとを反射させ、赤色光ＬＲを透過する。ダイクロイックミラー６４は、緑色光ＬＧと青色光ＬＢとを透過し、赤色光ＬＲを反射させる。また、ダイクロイックミラー６３で反射した緑色光ＬＧおよび青色光ＬＢの光路上に、反射ミラー６５と、ダイクロイックミラー６６と、が備えられている。ダイクロイックミラー６６は、ダイクロイックミラー６３で反射された緑色光ＬＧおよび青色光ＬＢのうち、緑色光ＬＧを反射させ、青色光ＬＢを透過する。
【００７８】
ダイクロイックミラー６４で反射した赤色光ＬＲは、反射ミラー６７で反射し、平行化レンズ２１を経て偏光分離プリズム６８に入射する。偏光分離プリズム６８は例えばＰ偏光を透過してＳ偏光を反射させる偏光分離面を備えており、赤色光ＬＲは、偏光分離面によって特定の偏光状態、例えばＰ偏光となって反射型の液晶ライトバルブ６９Ｒに入射する。液晶ライトバルブ６９Ｒで異なる偏光状態に変調された光、例えばＳ偏光は、偏光分離プリズム６８の偏光分離面で反射し、色光合成光学系であるダイクロイックプリズム２８に入射する。ダイクロイックミラー６６で反射した緑色光ＬＧ、およびダイクロイックミラー６６を透過した青色光ＬＢの振る舞いは赤色光ＬＲと同様であり、説明を省略する。その他の構成および作用は第１実施形態と同様である。
なお、本構成例では、光伝達光学系８の入射側レンズ３１を偏光分離プリズム６８とクロスダイクロイックプリズム２８との間に配置しているが、偏光分離プリズム６８と液晶ライトバルブ６９Ｒ，６９Ｇ，６９Ｂとの間に配置しても良い。さらには、３枚の入射側レンズ３１を集約してクロスダイクロイックプリズム２８の射出側に１枚配置しても良い。
【００７９】
本実施形態においても、液晶ライトバルブ６９Ｒ，６９Ｇ，６９Ｂでの各画像データの書き込みと偏光切替素子９での偏光状態の切り替えとを空間的にも時間的にも同期できるため、投写画像の偏光状態が局所的に乱れることがなく、高画質の立体画像表示を実現できる、といった第１実施形態と同様の効果が得られる。
【００８０】
なお、本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。例えば上記実施形態では、偏光切替素子として液晶素子を採用したが、偏光状態を局所的かつ時間的に高速で切り替え可能な素子であれば、液晶素子に限定されることはない。また、光変調素子としては、透過型液晶ライトバルブ、反射型液晶ライトバルブの他、線順次方式もしくは点順次方式の画像データの書き込み方式を用いる他の光変調素子を採用しても良い。その他、上記実施形態のプロジェクターの各部の具体的な構成は、上記実施形態に限定されず、適宜変更が可能である。
【符号の説明】
【００８１】
１，６１…プロジェクター、２…光源、６Ｒ，６Ｇ，６Ｂ，６９Ｒ，６９Ｇ，６９Ｂ…液晶ライトバルブ（光変調素子）、８…光伝達光学系、９，５９…偏光切替素子、１０…投射光学系、４９…制御部、５３…偏光補償光学系。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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